亚微米银焊膏的低温无压烧结性能研究

烧结银焊膏具备高导热、高导电、低弹性模量和高可靠性等优异性能,可以最大程度地发挥出SiC和GaN器件的潜能,因此具有广阔的应用前景.为了降低银焊膏的制备成本,同时改善银焊膏的烧结性能,使用球形和片状两种亚微米银颗粒制备了3种烧结银焊膏,通过分析银焊膏在200~250℃低温无压烧结后的电阻率、剪切强度和微观形貌,研究了不同形貌亚微米银颗粒及混合颗粒的低温无压烧结性能.研究表明:球形银颗粒制备的银焊膏在250℃烧结后,具有52.4 MPa的高剪切强度,同时其电阻率仅为6.28×10^(-8)Ω·m;银片制备的银焊膏烧结后的剪切强度始终较低且电阻率始终较大,在250℃烧结后,剪切强度为21.5 MPa,电阻率为15.54×10^(-8)Ω·m,这归因于银片的径向尺寸较大、振实密度较低和银片层层堆叠的烧结结构;混合颗粒的银焊膏展现出了在更低温度下烧结的潜力,在200℃烧结后,剪切强度为28.2 MPa,电阻率为7.77×10^(-8)Ω·m,这得益于银片可促进所选有机组分更早地去除和混合颗粒具有更高的初始堆积密度.本文研究成果有助于亚微米银颗粒焊膏的成熟稳定制备,也为低温无压烧结的高性能银焊膏的研发提供了新的思路.

LiAlO2为烧结助剂低温无压烧结制备致密Si3N4陶瓷

以高α相含量的Si3N4粉体为主要原料,LiAlO2作为烧结助剂,在1650℃无压烧结制备Si3N4陶瓷。研究LiAlO2烧结助剂含量(质量分数分别为6%、9%、12%、15%、18%)及保温时间(1、4、7、10 h)对Si3N4陶瓷试样的线收缩率、质量损失率、相对密度、相组成以及显微结构的影响。结果表明:LiAlO2能够显著降低Si3N4陶瓷的致密化温度。随着LiAlO2含量的增加,试样的相对密度先增大后减小,烧结助剂含量为12%(w)时相对密度达到97%以上。而β-Si3N4转化率随着LiAlO2含量的增加而升高。LiAlO2含量为12%(w),保温时间为4 h时,试样的相对密度达到最高。随着保温时间继续延长,相对密度略有降低。但β-Si3N4转化率则随着保温时间延长而不断升高。

高纯Er_2O_3靶材的低温无压烧结及性能研究

以纳米Er2O3粉为原料,通过1 450℃低温无压烧结,成功制取了相对密度为近90%的高纯Er2O3陶瓷靶材。对采用不同形状纳米Er2O3粉所制靶材进行了断口形貌分析及密度测试,相关结果表明,以三维近球形纳米Er2O3粉为原料,在低温无压下烧结所制得靶材的性能较优。

低温无压烧结高铝材料的研制

本文研究了在空气介质中于1450℃烧结细晶及高强度氧化铝,这种材料适合人体部分器官。通过电子显微镜和X射线衍射图谱的分析,探讨了能显著降低烧结温度的复合添加剂的协同作用及其细化机理。

无压低温烧结纳米银封装电力电子器件的进展与思考

无压低温银烧结技术是高功率密度SiC器件的无铅化关键互连技术,对SiC功率模块的可靠性提升具有重要的意义。针对典型Si基功率模块封装连接工艺及其可靠性,阐述了当前无压低温纳米银烧封装技术的进展与思考:(1)讨论了电力电子器件封装连接可靠性的典型风险和原因;(2)介绍了无压低温连接技术的最新发展;(3)基于Si基典型功率模块封装向高可靠SiC功率模块转变过程中在封装结构和材料方面的需求,阐述了无压低温银烧结技术在引线型、平面型和双面冷却功率模块封装方面的进展;(4)提出无压低温银烧结技术当前有待解决的技术难题。

无压烧结银-镍互连IGBT电源模块的力、热和电性能

作为一种应用广泛的基板金属镀层,镍在烧结过程中易发生氧化,形成烧结银-镍高性能互连接头较为困难,相关研究报道较少。提出了一种多尺度银焊膏互连材料和烧结银-镍无压互连工艺,研究了在220~300℃烧结10~60 min对烧结银-镍互连封装的IGBT电源模块的力、热和电性能的影响。研究结果表明:得益于多尺度银焊膏的致密堆积烧结,在270~300℃高温烧结30~60 min时镍氧化减缓,在270℃无压烧结30 min互连的芯片抗剪切强度在40 MPa以上,热阻和静态电特性与仿真结果和IGBT芯片数据手册差异性<0.5%,表明无压烧结银-镍互连IGBT芯片具有较高的连接强度、导热和导电性能,可以满足半导体电源模块的互连封装要求。

利用传统电炉低温烧结致密Si_(3)N_(4)陶瓷

Si_(3)N_(4)陶瓷具有高硬度、高耐磨以及高抗弯强度等优异特性,常常被应用于冶金、化工以及航空航天等现代化领域。Si_(3)N_(4)的强共价键使其难以致密化,因此热压烧结和气压烧结是目前制备致密Si_(3)N_(4)陶瓷最常见的方法。然而极高的烧结温度以及较大的N_(2)压力需求等极其苛刻的制备条件限制了致密Si_(3)N_(4)陶瓷的基础探索研究和工业化生产应用。因此,本工作提出设计以传统空气电炉作为烧结装置,通过埋碳低温制备致密Si_(3)N_(4)陶瓷,研究该工艺条件下实验用坩埚、填埋Si_(3)N_(4)粉体以及烧结试样的物相变化和微观结构,结果表明:(1)Si_(3)N_(4)的分解使得坩埚表层生成不规则的SiC纤维堆积,较低的氧分压使所埋Si_(3)N_(4)粉体经烧结后仍存在较多Si_(3)N_(4)和少量Si_(2)N_(2)O;(2)烧结后的试样仅表面存在少量Si_(2)N_(2)O,而试样内部并未出现Si_(2)N_(2)O相;(3)1650℃低温烧结后试样致密度达到98%以上,显微组织均匀,且具有良好的性能。